З’ясування фізичних механізмів формування та еволюції структурно-фазових станів і дислокаційних субструктур в крицях — одна з важливих задач фізики конденсованого стану та сучасного матеріялознавства, оскільки лежить в основі розроблення та створення ефективних способів підвищення службових характеристик виробів. Проведено термомеханічне зміцнення криці 09Г2С шляхом прокатки балочного профілю ДП155 та примусового охолодження водою у потоці стану 450 ВАТ «ЄВРАЗ Об’єднаний Западно-Сибірський металургійний комбінат». Методами просвічувальної дифракційної електронної мікроскопії проведено дослідження структурно-фазових станів і дефектної субструктури балки із криці 09Г2С, що формується в результаті термомеханічного зміцнення в потоці прокатного стану. Проаналізовано процеси та механізми, що сприяють формуванню нанорозмірної фази в умовах термомеханічної обробки низьковуглецевої криці. На основі використання кількісних параметрів структури криці, що виявлено методами металографії й електронної дифракційної мікроскопії, та оцінювальних співвідношень фізичного матеріялознавства виконано аналізу фізичних механізмів, відповідальних за підвищення мікротвердости поверхневого шару при термомеханічному зміцненні, та виявлено кількісні параметри, що характеризують структурно-фазовий стан і дають можливості оцінити величину теоретичної межі плинности криці. Одержано якісна відповідність зміни експериментально міряної мікротвердости і теоретично визначеної межі плинности за перерізом полки профілю. Встановлено, що явище підвищення міцности поверхневого шару криці є багатофакторним, морфологічно багатокомпонентним і визначається природою $\gamma \rightarrow \alpha$ перетворення. Основними механізмами, відповідними за високий рівень міцности поверхневого шару криці, є субструктурний і деформаційний, що обумовлені формуванням кристалів мартенситу та бейніту.